TRATAMENTO TÉRMICO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS/UNIS-MG
	UNIDADE DE GESTÃO DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E TECNOLOGIA - GEAT
ENGENHARIA MECÂNICA - 6º Período “A”
GLACIEL OSWALDO AMARAL PEREIRA
JOÃO PEDRO CASSIMIRO TEIXEIRA
TRATAMENTO TÉRMICO
Varginha - MG
2016
GLACIEL OSWALDO AMARAL PEREIRA
JOÃO PEDRO CASSIMIRO TEIXEIRA
TRATAMENTO TÉRMICO
Trabalho apresentado ao curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas – UNIS/MG como cumprimento do relatório avaliativo – sob orientação do profº. Fabiano Farias de Oliveira. 
Varginha - MG
2016
FOLHA DE AVALIAÇÃO
GLACIEL OSWALDO AMARAL PEREIRA
JOÃO PEDRO CASSIMIRO TEIXEIRA
TRATAMENTO TÉRMICO
Trabalho Acadêmico apresentado ao Prof. Fabiano Farias de Oliveira do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas, UNIS-MG, como um dos requisitos para avaliação de trabalhos acadêmicos na disciplina TECNOLOGIA DOS MATERIAS - II.
Avaliado com nota: ___________	
Data / /
_________________________________________________________
Profº. Fabiano Farias de Oliveira
OBS.:
Dedicamos este trabalho a todos da nossa família, principalmente aos nossos pais que sempre nos deram forças nas horas mais difíceis.
Agradeço aos meus colegas, professores e a minha família por terem me ajudado na construção deste trabalho.
“A ciência de hoje é a tecnologia de amanhã”.
Edward Teller
RESUMO
	Este trabalho apresenta um estudo detalhado na área de tratamentos térmicos, abordando todas as etapas deste tratamento no ramo da engenharia. Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinados. Este tipo de tratamento é pouco utilizado pelas indústrias por ser um tratamento muito complexo.
Palavras-chave: Aço, tratamento térmico, metalografia. 
HEAT TREATMENT
ABSTRACT
	This work presents a detailed study in the area of heat treatment, addressing all steps of this treatment in the field of engineering. Heat treatment is the combination of heating and cooling operations to which they are subjected, steels under controlled conditions of temperature, weather, atmosphere and cooling speed, aiming to change their properties or give them certain characteristics. This type of treatment is little used by manufacturers because it is a very complex treatment.
Keywords: Steel, heat treatment, metallography.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	10
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	10
2.1 Importância do tema	10
2.2 Objetivos	10
2.3 Limitações	10
2.4 Motivação e possíveis contribuições	11
3 DESENVOLVIMENTO	15
4 METODOLOGIA	15
5 RESULTADOS	16
6 CONCLUSÕES	16
7 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA	17
1 INTRODUÇÃO
	Muitos aços de baixo e médio carbono são utilizados nas condições típicas do trabalho a quente, isto é, no estado forjado e laminado, quase todos os aços de alto carbono ou com elementos de liga, são obrigatoriamente submetidos a tratamentos térmicos antes de serem colocados em pratica. O tratamento térmico modifica, em maior ou menor escala os aços, resultando na alteração de suas propriedades, a uma maior importância do tratamento térmico, nos aços de alto carbono e nos que apresentam também elementos de liga.
	De fato, se geralmente muitos aços de baixo e médio carbono são usados nas condições típicas do trabalho a quente, isto é, nos estados forjado e laminado, quase todos os aços de alto carbono ou com elementos de liga, são obrigatoriamente submetidos a tratamentos térmicos antes de serem colocados em serviço.
	
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1 Importância do tema 
	O tratamento térmico tem importância fundamental quando temos que alterar as propriedades mecânicas de um material, seja para remover suas tensões internas, diminuir ou aumentar a dureza, aumentar a resistência mecânica, entre diversas outras aplicações já que através do mesmo é possível alterar muitos aspectos inerentes ao material. 
2.2 Objetivos 
	Este trabalho tem como objetivo explicitar a realização dos tratamentos térmicos de têmpera, normalização e recozimento, expondo todos os pontos teóricos por tais de tal ensaio, juntamente com os procedimentos para a realização e coleta de resultados do mesmo. 
2.3 Limitações 
	Não foram encontradas grandes limitações durante o desenvolvimento do trabalho, o número de aulas realizadas foi suficiente para entender com conceitos por detrás do tratamento térmico, seja ele uma têmpera ou normalização, todos os equipamentos necessários (forno, microscópio, etc) também se encontraram disponíveis. 
2.4 Austêmpera 
	Este tratamento tem substituído, em diversas aplicações, a têmpera e o revenido. Baseia-se no conhecimento das curvas em C e aproveita as transformações da austenita que podem ocorrer a temperatura constante. Por esse motivo a austenita é considerada um tratamento isotérmico. 
2.5 Martêmpera 
	
	É esse tratamento usado principalmente para diminuir a distorção ou empenamento que produz durante o resfriamento rápido de peças de aço. A martêmpera é usada principalmente para diminuir a possibilidade de empenamento das peças. Quando a endurecibilidade do aço é adequada aplicação da martêmpera resulta em controle dimensional melhor do que mediante resfriamento convencional por têmpera, visto que as variações dimensionais são mais uniformes. 
2.6 Normalização 
	A Normalização é o processo de tratamento térmico que tem como objetivo diminuir a granulação do aço é um tratamento que refina a estrutura do aço, dando propriedades melhores que as conseguidas no processo de recozimento. Esse processo pode ser feito no final ou pode ser um processo intermediário. O processo de Normalização é feito em duas partes, o aquecimento que o tempo depende da espessura da peça em atmosfera controlada e resfriamento ao ar. O processo de Normalização facilita a usinagem da peça.
2.7 Recozimento
 
	É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar um ou vários seguintes objetivos: remover tensões devidas ao tratamentos mecânico a frio ou a quente, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência e ductilidade , ajustar o tamanho de grão, regularizar a textura bruta, remover gases, produzir uma microestrutura definida, eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamento térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido. 
2.8 Têmpera 
	Têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar a dureza e a resistência dos mesmos. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita.
2.9 Revenimento 
	O revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; além de aliviar o remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductibilidade e resistência ao choque. 
2.10 Motivação e possíveis contribuições 
	Acreditamos que esse trabalho pode ser extremamente enriquecedor para aquele que desejam aprender mais sobre a realização dos tratamentos térmicos de têmpera, normalização e recozimento, tanto aspectos teóricos como aspectos práticos.
3 DESENVOLVIMENTO
	
3.1 O aquecimento térmico 
	Para realizar um tratamento térmico devemos nos atentar a determinados parâmetros como a temperatura e a velocidade do resfriamento, o tipo de refrigerante, a duração do resfriamento e da temperatura, já que eles influenciam diretamentequal estrutura será formada e quais propriedades serão alteradas. Algumas outras exigências também devem ser atendidas para que a precisão e a qualidade do tratamento sejam as desejadas, esses aspectos são o aquecimento gradual da peça, o aquecimento em todas as direções e uniforme sobre a peça, evitar o contato direto das peças com a chama (evitando a formação de impurezas) e a verificação de que os instrumentos de medição de temperatura estão corretos. 
	A velocidade do aquecimento, citada anteriormente, deve receber uma atenção especial, os aços com mais carbono, mais ligas ou formatos mais complexos devem ser submetidos a um aquecimento mais lento. Dessa forma a composição química, a forma e dimensão, o grau de condutibilidade calorífica e a composição química influenciam diretamente na velocidade de aquecimento á qual o aço deve ser submetido. 
3.2 Características do processo de têmpera 
	A tempera visa obter uma estrutura martensítica, resultando em um aumento da dureza, resistência à tração e redução da tenacidade dos materiais. 
Para realização da tempera, primeiramente o aço é aquecido até uma temperatura definida (acima da linha A3), a temperatura é mantida por um determinado tempo (homogeneização do aço) e então a peça é resfriada bruscamente em meios que podem variar desde o sal ou óleo até a água. Algumas variáveis podem ser alteradas visando modificar o resultado final, tais variáveis são a temperatura, velocidade/duração do aquecimento e velocidade do resfriamento, tais características estão diretamente ligadas ao tipo de aço (que também influencia), como por exemplo, aços com mais carbono devem ter uma velocidade de resfriamento menor. A estrutura obtida após a têmpera (martensítica), possui alta dureza e fragilidade, mas também apresenta altos níveis de tensões internas, ocasionados pelo resfriamento brusco, em consequência disso o aço deve passar por um alívio de tensão após a têmpera e esse é o objetivo dos dois processos que serão apresentados a seguir. 
3.3 Características do processo de recozimento 
	O recozimento visa a formação de uma estrutura estável e livre de tensões residuais, entre outros objetivos estão o ajuste do tamanho de grão, alteração de propriedades como a resistência e ductilidade, melhora da usinabilidade e melhora de propriedades elétricas e magnéticas. Para que tais características sejam atingidas o recozimento consiste em aquecer o aço a uma alta temperatura, mantê-lo nessa temperatura por um tempo e então resfria-lo lentamente no próprio forno ou na areia. 
	O recozimento pode ser dividido em duas classes, sendo elas o recozimento completo e o recozimento incompleto. No recozimento incompleto a temperatura do recozimento deve ser inferior a 723ºC. 
	Esse tipo de recozimento pode ser aplicado para alívio de tensão, onde a temperatura se situa entre 600 e 700ºC e o principal objetivo é a remoção das tensões internas originadas de tratamentos mecânicos, soldagem, corte. Ele também pode ser aplicado para a recristalização do material (formação de novos grãos, livres de deformação), processo realizado com temperaturas entre 450 e 800ºC. E também para a homogeneização, visando melhorar a homogeneidade da microestrutura. 
	Já no recozimento completo a temperatura utilizada deve ser superior (20 a 50ºC) à linha A3 em aços hipoeutetóides e entre as linhas ACM e A1 para aços hipereutetóides. Tal tipo de recozimento pode ser classificado em pleno ou cíclico, o recozimento pleno é usado em aços com teor baixo ou médio de carbono e visa homogeneizar a estrutura com a alteração do tamanho de grão (a peça é aquecida, homogeneizada e então resfriada dentro do próprio forno). O recozimento cíclico por sua vez também visa homogeneizar a estrutura, mas tem a vantagem de oferecer mais qualidade à peça (estrutura ainda mais homogênea), com a desvantagem de ser cara e demorada. 
3.4 Características do processo de normalização 
	O processo de normalização é tido como uma variedade do recozimento, tendo a sua única diferença no fato de o resfriamento ser unicamente ao ar livre. Esse tipo de processo visa melhorar a microestrutura do aço e elevar as propriedades mecânicas (principalmente a tenacidade). O processo é feito através do aquecimento à uma temperatura de 55 a 85ºC acima da linha A3 para aços hipoeutetóides e acima da linha ACM para aços hipereutetóides. 
3.5 Equipamento 
	Para o aquecimento da peça podem ser utilizados diversos tipos diferentes de fornos, se destacam os fornos a gás, forno de mufla e forno de banho aquecido eletricamente. No forno a gás as peças são aquecidas por contato direto com a chama gerada pela queima do combustível, as principais desvantagens são a precisão da temperatura atingida pelo forno e o contato da chama com a peça, que pode gerar impurezas danosas. No forno de mufla as paredes do forno são aquecidas através de uma resistência elétrica o que resulta no aquecimento da peça, é possível obter ume precisão bem grande (cerca de 3º) nesse tipo de forno e não existe nenhuma chama (evitando a formação de impurezas danosas. Mas existe uma limitação no tamanho e geometria das peças (indicado para peças pequenas) e também há um grande consumo energético nesse modelo de forno. 
	Já no forno de banho aquecido eletricamente a peça a ser tratada é mergulhada em um cadinho contendo sais ou metal fundido (dependendo da temperatura do forno, com ele é possível obter um aquecimento uniforme e temperaturas entre 850ºC e 950ºC, mas como desvantagens temos a geração de gases tóxicos e manutenção cara e trabalhosa que requer operadores qualificados (ocasionado pelo fato da estrutura ser mais complexa). 
	Para a realização do tratamento térmico do material utilizamos um forno de mufla, disponibilizado pela própria instituição em seu laboratório de tratamento térmico.
	 Figura 01 - Forno de mufla utilizado.
 Fonte: O autor.
 
	Outros equipamentos utilizados não serão discutidos nessa sessão, já que foram apresentados em relatórios anteriores, os mesmos só serão mencionados quando utilizados durante os procedimentos experimentais.
 
3.6 Material utilizado 
	Para o estudo foram utilizadas pequenas amostras de aços 1020 e 1045, sendo que o nosso grupo se concentrou na amostra 200, feita de aço 1045. Tais amostras já haviam sido utilizadas anteriormente durante o curso de Tecnologia dos Materiais I, durante o estudo do ensaio metalográfico, onde foi possível obter o tipo de aço (valor utilizado durante esse trabalho).
6 CONCLUSÕES 
	Através do desenvolvimento deste trabalho conseguimos entender muito bem como é realizado um tratamento térmico, compreendemos a diferença entre cada um deles, como eles podem alterar as características de um material na prática e principalmente como todo o conteúdo aprendido durante o curso de Tecnologia dos Materiais, nos ajudou a realizar e compreender estes tratamentos.
	
7 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
CALLISTER, William D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 
CALLISTER, William D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 
CHIAVERINI, V. Tecnologia dos Materiais (volume-III) – São Paulo, ed.McGral-Hill Ltda, 1986 
INFOMET. Têmpera e revenimento. 200?. Disponível em: < http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=220>. Acesso em: 01 nov. 2015.
Souza, Sérgio Augusto de, Ensaios Mecânicos em materiais metálicos, Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, Brasil, 1974. 
UFSC. DADOS GERAIS. Disponível em <http://docente.ifsc.edu.br/claudio.schaeffer/material/2_Mecatr%C3%B4nica/Materiais_2_Meca_3 /Ensaio%20de%20Materiais_(Apostila_Principal)/ensa12.pdf >. Acesso em: 17 de julho. 2016. 
UFSC. DADOS GERAIS. Disponível em <http://docente.ifsc.edu.br/claudio.schaeffer/material/2_Mecatr%C3%B4nica/Materiais_2_Meca_3 /Ensaio%20de%20Materiais_(Apostila_Principal)/ensa13.pdf >. Acesso em: 18 de julho. 2016. 
VICENTE CHAVERINI, "Aços e Ferros Fundidos",Características gerais, tratamentos térmicos e principais tipos, 4 Edição São Paulo, Associação Brasileira de Metais, 1977.